Дослід Кавендіша:

Закон всесвітнього тяжіння в лабораторних умовах перевіряв Кавендіш (1798 р.) за допомогою крутильних терезів. Він уперше визначив величину гравітаційної сталої. У його дослідах дві свинцеві кульки масою 520 і 730 г підвішували на пружній нитці. За допомогою головки нитку можна було закручувати в той або інший бік і так переміщувати легкі кульки. До цих кульок на спеціальному стояку підводилися дві масивні свинцеві кулі 155 і 158 кг. Уже при зближенні куль на 20 см спостерігалося зміщення маленьких кульок в бік великих кульок майже на 2 см. Потім, повертаючи головку, нитку підвішування закручували в протилежному напрямі доти, поки кульки не поверталися в початкове положення. При цьому момент кручення нитки М зрівноважував момент сили тяжіння: ;

За цією рівністю, змінюючи r і m, перевіряли закон тяжіння і визначали гравітаційну сталу.

З багатьох дослідів було знайдено, що гравітаційна стала

=6,67 • 10^-11 Н • м²/кг².(5)

Маса тіла

Важливою фізичною величиною, що визначає властивості матерії, є маса.

1. Ньютон провів серію дослідів і встановив, що відношення сили тяжіння тіла до прискорення вільного падіння цього тіла в пустоті є сталою величиною, яка не залежить від положення тіла на земній поверхні. За почином Ньютона, під цією сталою і незмінною величиною стали розуміти масу тіла. По суті те поняття про масу, що склалося в процесі дослідження взаємодії тіл із Землею, характеризує гравітаційні властивості речовини. Тому цю величину доцільніше було б назвати гравітаційною масою.

Першим законом механіки встановлено, ще одну загальну властивість речовини — інертність. На дослідах було доведено, що відношення будь-якої сили до прискорення, якого вона надає даному тілу, є сталою величиною і не залежить від походження сили. Під цією сталою і незмінною величиною, за почином Ейлера, стали розуміти масу тіла як міру інертності речовини. Тому її можна було б назвати інертною масою.

14.Класифікація елементарних частинок. Закони збереження і межі їх застосування. Елементарні частинки і фундаментальні взаємодії.

Під елементарними частинками на даному етапі їх пізнання розуміють такі мікрочастинки, про внутрішню структуру яких як об'єднання з інших частинок жодних достовірних даних не існує. Елементарна частинка проявляє себе як одне ціле, хоч має здатність до перетворень і взаємодій з іншими частинками. Перебіг перетворень значною мірою залежить від енергоресурсу частинок реакції. Індивідуальність елементарної частинки зумовлюється тим, що енергія взаємодії її з іншими матеріальними об'єктами значно менша від її власної релятивістської енергії.

Першою елементарною частинною, яку відкрив Дж.Томсон у 1897р., був електрон. У 1919р. Е.Резерфорд виявив частинку, яка входить до складу ядер атомів, – протон. У 1932р. Д.Чедвік відкрив другу складову частинку ядра – нейтрон. У 1905р. А. Ейнштейн увів_у науковий обіг поняття про складову частинку світла – фотон. В 1956р. вже було відомо 30 елементарних частинок; тепер їх налічується понад 350.

Класифікація елементарних частинок

Елементарні частинки за масою поділяють на чотири класи: фотони, лептони, мезони, баріони. Наведемо їх короткі характеристики.

Фотони. Частинки цього класу є квантами електромагнітного поля. При поширенні проявляють хвильові властивості, а при взаємодії з речовиною – корпускулярні. Маса спокою фотона дорівнює нулю, спін – одиниці. Фотони підлягають статистиці Бозе-Ейнштейна (бозони). Це істинно нейтральні частинки, оскільки збігаються зі своїми античастинками. Фотон достатньої енергії при взаємодії з важким ядром атома може перетворюватися в пару частинок електрон-позитрон; можливий і зворотний процес перетворення.

Лептони. Легкі частинки, до яких входять електрони, позитрони, мюони, нейтрино і антинейтрино електронного та мюонного походження. Лептони утворюються завжди парами, наприклад, пара електрон і позитрон утворюється при анігіляції гамма-фотона; при розпаді π+-мезона одержується пара µ+-мезон і νµ-мезонне нейтрино. Перетворення частинок підлягає закону збереження лептонного заряду. Лептоном притаманний півцілий спін s=1/2, тому на них поширюється принцип Паулі; вони підлягають квантовій статистиці Фермі-Дірака (ферміони). Усі лептони беруть участь у слабких взаємодіях, а заряджені лептони і в електромагнітних взаємодіях.

Мезони – нестабільні елементарні частинки з масою, більшою від маси електрона і меншою від маси протона. Бувають мезони нейтральні і електрично заряджені. Частинки цього класу π-мезони і К-мезони є квантами поля ядерних сил. Вони забезпечують сильну взаємодію між нуклонами в атомних ядрах. Мезони не мають спіна, для них s=0, тому вони не підлягають принципу Паулі: в будь-якому стані може перебувати довільне число мезонів. Мезони підлягають квантовій статистиці Бозе-Ейнштейна (бозони).

Баріони. До цього класу частинок входять нуклони і група масивніших частинок – гіперони. Всі баріони проявляють сильні взаємодії і відповідно активно взаємодіють з атомними ядрами. За винятком протона, всі баріони нестабільні. При розпаді баріона, крім інших частинок, обов'язково утворюється новий баріон. Остання особливість розпаду є наслідком закону збереження баріонного заряду.

Спін усіх баріонів півцілий (s=1/2), тому вони підлягають принципу Паулі й квантовій статистиці Фермі-Дірака (ферміони).

Серед сильновзашодіючих частинок виявлено велике число короткоживучих частинок, так званих резонансів. Час життя їх становить 10‑23 ‑10‑22с; деякі з них є бозонами і повинні бути віднесені до класу мезонів, інші резонанси є ферміонами і повинні бути віднесені до класу І гіперонів.